Органические полупроводники
Органические полупроводники[1] - твёрдые органические вещества, которые имеют (или приобретают под влиянием внешних воздействий) электронную или дырочную проводимости. Они характеризуются наличием в молекулах системы сопряжения. Носители тока образуются в результате возбуждения p-электронов, делокализованных по системе сопряжённых связей. Энергия активации, необходимая для образования носителей тока, снижается по мере увеличения числа сопряжений в молекуле и в полимерах может быть порядка тепловой энергии.
Свойства
К органическим полупроводникам относятся органические красители (например, метиленовый голубой, фталоцианины), ароматические соединения (нафталин, антрацен, виолантрен и др.), полимеры с сопряжёнными связями, некоторые природные пигменты (хлорофилл, b-каротин и др.), молекулярные комплексы с переносом заряда, а также ион-радикальные соли. Органические полупроводники существуют в виде монокристаллов, поликристаллических или аморфных порошков и плёнок. Величины удельного сопротивления при комнатной температуре лежат в диапазоне от 1018 ом×см (нафталин, антрацен) до 10-2 ом×см (ион-радикальные соли). Наиболее проводящими являются ион-радикальные соли, на основе анион-радикала тетрацианхинодиметана. Они обнаруживают электропроводность металлического характера. У органических полупроводников с низкой электропроводностью наблюдается явление фотопроводимости.
Существует несколько особенностей органических полупроводников, которые определяются молекулярным характером их структуры и слабым межмолекулярным взаимодействием:
- поглощение света вызывает возбуждение молекул, которое может мигрировать по кристаллу в виде экситонов;
- образование носителей тока под действием света связано с распадом экситонов на поверхности кристалла, дефектах его структуры, примесях, при взаимодействии экситонов друг с другом, а также с автоионизацией высоковозбуждённых молекул;
- зоны проводимости узки (~0,1 эв), подвижность носителей тока, как правило, мала (~1 см2/в×сек);
- наряду с зонным механизмом электропроводности осуществляется прыжковый механизм. В кристаллах ион-радикальных солей межмолекулярное взаимодействие сильно анизотропно, что приводит к высокой анизотропии оптических и электрических свойств и позволяет рассматривать этот класс как квазиодномерные системы.
Применение
Органические полупроводники находят применение в качестве светочувствительных материалов (например, для процессов записи информации), в микроэлектронике, для изготовления различного рода датчиков и фотоэлементов. Их исследование важно для понимания процессов преобразования и переноса энергии в сложных физико-химических системах и в особенности в биологических тканях. С органическими полупроводниками, в частности с ион-радикальными солями, связана перспектива создания сверхпроводников с высокой критической температурой.
Примечания
Л.Д. Розенштейн, Е.Л. Франкевич. БСЭ.
Литература
- Горюнова Н.А. Органические полупроводники. — М., 1968.
- Дулов А., Слинкин А. Органические полупроводники. Полимеры с сопряженными связями.. — М.: Наука, 1970. — 128 с.